(57)【要約】  プラスチックフィルムを広幅・高速で製造しても、多角形化変形せず、製造するプラスチックフィルムの高い品質と生産性を両立することができるニップローラーおよびフィルムロール体の製造方法を提供する。  本発明のニップローラーは、心材の表面にゴムが被覆され、ＪＩＳ  Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータ（Ａ型）により測定したゴム硬度Ｈが６５ｄｅｇ未満であり、ローラーの支持長Ｌ１が５ｍより長く、ニップローラーの質量Ｗ（ｋｇ）、心材の断面二次モーメントＩ１（ｍ４）およびヤング率Ｅ１（Ｐａ）がＥ１・Ｉ１／Ｗ≧８００００を満たす。【選択図】図１
2019529278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
心材の表面にゴムが被覆された、支持長Ｌ１が５ｍ以上のニップローラーであって、
ＪＩＳ  Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータ（Ａ型）により測定した前記ゴム表面の硬度Ｈ（ｄｅｇ）は６５ｄｅｇ以下であり、前記ニップローラーの質量Ｗ（ｋｇ）、ならびに前記心材の断面二次モーメントＩ１（ｍ４）およびヤング率Ｅ１（Ｐａ）が下記数式１を満たす、ニップローラー。
Ｅ１Ｉ１／Ｗ≧８００００  ・・・数式１
【請求項２】
前記ニップローラーの心材がＣＦＲＰである、請求項１に記載のニップローラー。
【請求項３】
前記ＣＦＲＰのヤング率Ｅ１が２５０ＧＰａ以上である請求項２に記載のニップローラー。
【請求項４】
フィルムを複数の搬送ローラーにより搬送し、フィルムロール体として巻き取るフィルムロール体の製造方法において、
前記搬送ローラーのうちの１つまたは複数の搬送ローラーとフィルムとが接触を開始する近傍に、前記搬送ローラーとの間でフィルムを狭圧する請求項１〜３のいずれかに記載のニップローラーを有する、フィルムロール体の製造方法。
【請求項５】
前記ニップローラーよりもフィルム搬送方向下流側であって、前記ニップローラーと前記搬送ローラーとの間で搬送されるフィルムを挟み込むように前記搬送ローラーの前記フィルムが接触する面の対向面にコロナ処理電極が配置される、請求項４に記載のフィルムロール体の製造方法。
【請求項６】
前記ニップローラーが近傍に配置される搬送ローラーの回転周波数ｆ２（Ｈｚ）、質量Ｗ２（Ｋｇ）、支持長Ｌ２（ｍ）、断面２次モーメントＩ２（ｍ４）およびヤング率Ｅ２（Ｐａ）、並びに前記ニップローラーの回転周波数ｆ１（Ｈｚ）、質量Ｗ（Ｋｇ）、支持長Ｌ１（ｍ）、前記心材の断面２次モーメントＩ１（ｍ４）およびヤング率Ｅ１（Ｐａ）が下記数式２および３を満たす、請求項４または５に記載のフィルムロール体の製造方法。
【数１】
2019529278.tif 000012
【数２】
2019529278.tif 000013
ただし、
【数３】
2019529278.tif 000014
【数４】
2019529278.tif 000015
【数５】
2019529278.tif 000016
【請求項７】
前記ニップローラーおよび搬送ローラーが、軸端部にそれぞれダンパを有する、請求項４〜６のいずれかに記載のフィルムロール体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラスチックフィルムなどの製造に用いることのできるニップローラー、およびニップローラーを用いたプラスチックフィルムのフィルムロール体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチックフィルムは、磁気テープやフラットパネルディスプレイなどの光学部材の他、食品パッケージやフィルムコンデンサなど幅広く用いられ、これら製品は最終的に巻取機でフィルムロール体として巻き上げられ出荷される。
【０００３】
プラスチックフィルムは、特許文献１のようにフィルム表面に接着などの二次加工をするための前段処理として、フィルムの搬送工程の一部でコロナ放電表面処理を施工することがある。特許文献１では接地された対極ロールと呼ばれる搬送ローラー上をフィルムが走行し、フィルムを介してローラーと対向する位置に電極を備え、フィルムの電極面側に交流の高電圧を印加して放電処理を行う。この際、フィルムの対極ローラー接触面側で放電による処理が起きないよう、対極ローラーとフィルムが接し始める位置にニップローラーを設置する。このローラーの押圧力により、対極ローラーとフィルムの間に空気が多量に入ることを防止し、フィルムの対極ローラー接触面側で放電処理が起きないようにしている。
【０００４】
プラスチックフィルムの製造工程では、フィルムの生産性を向上するために幅や速度を大きくしていった場合に、対極ローラーやニップローラーの振動が大きくなり、ニップローラー表面に被覆したゴムが変形し、従来よりローラー断面が真円形から多角形となる問題があった。この現象は、本来ローラー単体や装置全体の１次固有振動数よりも小さい周波数域でローラーの回転周波数を制御しているにも関わらず、共振が発生していることが理由である。その際に観測される周波数は回転周波数の整数倍（Ｎ倍）であり、この周波数が固有振動数と一致することで共振が継続的に発生し、ローラー表面が角数Ｎの多角形へと徐々に変形してしまう。
【０００５】
この問題は、フィルムロール体の製造方法としてみた場合に、例えば前記コロナ処理部でローラーの多角形周期でフィルムと対極ローラーとの間に空気が多く流入し、結果的に対極ローラー面で意図せぬ周期的なコロナ放電処理が発生してしまう欠陥に繋がる。
【０００６】
これとよく似た問題として、特許文献２にある製紙工程における抄紙機の脱水用プレスロールの角変形現象がある。この角変形現象は、プレスローラー装置を多自由度系の振動モデルで置き換えたときの固有振動数に対して、プレスローラー系を構成するトップローラーとボトムローラーの回転周波数のＮ倍が一致することによる共振と記載され、現象としては前述の多角形現象と同様と思われる。対策としてトップローラーとボトムローラーの外径比を１としない、回転周波数のＮ倍から想定される固有振動数と一致しないよう、これらローラー直径を変更することを提案している。これにより回転周波数の整数倍と固有振動数が完全に一致することを避け、共振を回避して多角形化を防止するのである。
【０００７】
一方、同じく抄紙機のプレスローラー角形現象の対策として、特許文献３では運転速度を常時変動させることで特定の周波数でローラー同士が振動することを回避し、表面のゴムの同じ部位が強い圧力を受けることを分散し、角形変形することを防止もしくは延命している。また、速度を遥動させることで共振点を回避する時間を増やす意図も示唆される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１３１３１４号公報
【特許文献２】特開２００３−９７５４１号公報
【特許文献３】特開平４−３６１６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２の方法では、ニップローラー（プレスローラー）系もしくは各ローラーの固有振動数が経時でわずかに変化した場合には対応が難しくなる。例えば、経時使用によりローラー表面に被覆したゴムが硬化した際、多自由度振動系で考えるとトップローラーがボトムローラーに対して硬化したゴムで支持されているので、結果的に固有振動数がわずかに変化する。この場合、せっかくＮ倍から外すような外径のローラーを導入しても、数ヵ月後にはＮ倍に一致して共振が再開することになる。また、このようなゴムの硬化は、本願発明者の知見によると系の減衰力を下げることも分かっており、減衰力が減少した際には、固有周波数と運転回転周波数のＮ倍が完全に一致しなくても、近づいただけで共振が発生するため、速度や外径を微妙にずらしただけでの対策では根本的な解決に至らない。
【００１０】
また、特にフィルムのコロナ放電処理工程では、対極ローラーまたはニップローラーのいずれかのＮ倍回転周波数だけでも多角形が発生するため、外径比をずらしても回避できないことが分かっている。また、抄紙工程と違って、プラスチックフィルムの製造工程では、同じ生産工程で複数の種類の厚みのフィルムを製造することが多いが、フィルム厚みは一般にシート化の際の引取速度を調整して行う。従って、特許文献２の方法では、振動回避のために引き取り速度を変更するためフィルムの厚みが変わってしまい、恒常的な対策とはならない。
【００１１】
さらに、対策として運転速度を遥動させる特許文献３をプラスチックフィルムの製造工程に適用すると、ポリマーの押出量一定ではフィルムの厚みが変動してしまう。厚みを一定にして運転速度を遥動するには押出量を遥動する必要があり、ポリマーの溶融および混練を押出機で行っているプラスチックフィルムの製造では混練状態にばらつきが出てしまう。この他にも加熱、冷却工程を含む延伸工程などがあるため運転速度を遥動することは困難である。
【００１２】
このように、従来はプラスチックフィルムの工程などに好適なニップローラーで、ローラーの多角形化を防止するための有効な手段がなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決する本発明のニップローラーは、心材の表面にゴムが被覆された、支持長Ｌ１が５ｍ以上のニップローラーであって、ＪＩＳ  Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータ（Ａ型）により測定した前記ゴム表面の硬度Ｈ（ｄｅｇ）は６５ｄｅｇ以下であり、前記ニップローラーの質量Ｗ（ｋｇ）、ならびに前記心材の断面二次モーメントＩ１（ｍ４）およびヤング率Ｅ１（Ｐａ）が下記数式１を満たす。
Ｅ１Ｉ１／Ｗ≧８００００  ・・・数式１
【００１４】
本発明のニップローラーは、心材がＣＦＲＰであることが好ましく、このＣＦＲＰのヤング率Ｅ１は２５０ＧＰａ以上がより好ましい。
【００１５】
本発明のフィルムロール体の製造方法は、フィルムを複数の搬送ローラーにより搬送し、フィルムロール体として巻き取る方法であって、前記搬送ローラーのうちの１つまたは複数の搬送ローラーとフィルムとが接触を開始する近傍に、前記搬送ローラーとの間でフィルムを狭圧するための上記のいずれかに記載のニップローラーを有する。
【００１６】
本発明のフィルムロール体の製造方法は、前記ニップローラーよりもフィルム搬送方向下流側であって、前記ニップローラーと前記搬送ローラーとの間で搬送されるフィルムを挟み込むように、前記搬送ローラーの前記フィルムが接触する面の対向面にコロナ処理電極を配置することが好ましい。
【００１７】
本発明のフィルムロール体の製造方法は、前記ニップローラーが近傍に配置される搬送ローラーの回転周波数ｆ２（Ｈｚ）、質量Ｗ２（Ｋｇ）、支持長Ｌ２（ｍ）、断面２次モーメントＩ２（ｍ４）およびヤング率Ｅ２（Ｐａ）、並びに前記ニップローラーの回転周波数ｆ１（Ｈｚ）、質量Ｗ（Ｋｇ）、支持長Ｌ１（ｍ）、断面２次モーメントＩ１（ｍ４）およびヤング率Ｅ１（Ｐａ）が後述の数式２および３を満たすことが好ましい。
【００１８】
本発明のフィルムロール体の製造方法は、前記ニップローラーおよび搬送ローラーが、軸端部にそれぞれダンパを有することが好ましい。
【００１９】
本発明において「回転周波数」とは、ローラー運転速度をローラー周長で除した、単位時間１秒における振動数のことである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、プラスチックフィルムをフィルムロール体として広幅・高速で製造しても、ニップローラーが変形して多角形とならず、プラスチックフィルムの高い品質と生産性を両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のプラスチックフィルムロール体の製造装置の一実施形態の概略側面図である。
【図２】本発明のプラスチックフィルムロール体の製造方法におけるコロナ放電処理装置の一例を示した概略側面図である。
【図３】本発明のニップローラーの一実施形態の概略断面図である。
【図４】従来のニップローラーの多角形化変形の一例を示した模式図である。
【図５】整数倍振動発生時の振動波形を高速フーリエ変換した場合の模式図である。
【図６】ニップローラー系を二自由度系にモデル化した図である。
【図７】ニップローラー系の高次逆位相固有モードの振動変位の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に本発明の好適な実施の形態を、プラスチックフィルムロール体の製造方法に適用した場合を例にとって、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は本発明のプラスチックフィルムロール体の製造装置の概略側面図である。図１では、主要部のみを示し、構造物を固定するフレームや搬送ローラーの一部は省略してある。
【００２４】
ここで、例示するプラスチックフィルムロール体１７０を構成するプラスチックフィルムの供給源はいかなるものでもよい。好ましい例としては、図１のとおり、押出機１０１で例えば熱可塑性樹脂を溶融混練し、下部にスリットを形成した口金１０２からシート状に吐出し、冷却ドラム１０３上にキャストして冷却、固化し、未延伸シート１６１に成形する。未延伸シート１６１の厚みは、吐出量と口金のスリット幅で決まる流速に対し、冷却ドラムの速度を調整することで制御することができる。
【００２５】
続いて、未延伸シート１６１を縦延伸工程１２０に導入し、複数のローラー群でシートの搬送方向に延伸する。その後、適宜連続して一軸延伸シート１６２の両端部をクリップで把持し、横延伸工程１４０のオーブン１３０の中で加熱・保温しながら、シートを進行方向に搬送しながらシートの幅方向（搬送方向と直角な方向）に延伸を行い、二軸延伸フィルム１６３を得る。あるいは、製造するプラスチックフィルムは、未延伸のままでも、一軸延伸でもよい。
【００２６】
例示した二軸延伸フィルム１６３は、図１ではオーブン１３０を経た後、巻取工程１８０においてフィルムロール体１７０としてロール状の製品として巻き取られる。図１の装置では、横延伸工程１４０と巻取工程１８０の間の搬送工程で、必要に応じコロナ放電処理工程１５０により表面処理を施こすことができる。
【００２７】
図２は本発明のニップローラーを使用するコロナ放電処理工程１５０の概略図である。二軸延伸フィルム１６３を挟んで搬送ローラー３０２の対向面にコロナ放電のための電極３０３が備えられている。電極３０３は交流高圧電源３０４に接続され、搬送ローラー３０２は接地されている。交流高圧電源３０４により電極３０３に高圧を印加することで電極３０３からコロナ放電が発生し、この間隙を走行する二軸延伸フィルム１６３の電極側の表面が処理される。コロナ放電処理により二軸延伸フィルム１６３の表面は活性化し、一般に濡れ性が向上する。その結果、その後の工程において二軸延伸フィルム１６３の表面への塗液の塗布や、金属の蒸着が容易になる。
【００２８】
二軸延伸フィルム１６３の片面のみにコロナ放電処理を施す場合は、電極３０３と対向していない二軸延伸フィルム１６３の面は表面処理を行わないので、この面と接地側電極としての搬送ローラー３０２との間で放電が起こらないようにするため、搬送ローラー３０２と二軸延伸フィルム１６３は密着させる必要がある。二軸延伸フィルム１６３の搬送速度が速くなると、搬送ローラー３０２と二軸延伸フィルム１６３の間の空気の随伴量が多くなってくるため、図２のようにニップローラー３０１を付設して、この押圧力により随伴空気を排除して、搬送ローラー３０２と二軸延伸フィルム１６３を密着させる。ニップローラー３０１は、心材３０５の表面にゴム３０６が被覆されたものである。搬送ローラー３０２のフィルム上流側に搬送ローラー３０２とともに二軸延伸フィルム１６３を狭圧するニップローラー３０１を配置することにより、二軸延伸フィルム１６３の搬送ローラー３０２側の面での放電を防ぎ、無用な放電による表面処理を防止している。二軸延伸フィルム１６３の両面にコロナ放電処理を施す場合には、図２の工程を搬送工程に２段並べ、電極３０３の配置面と搬送ローラー３０２の接触面を逆転させればよい。この場合も、各コロナ放電処理工程において、ニップローラー３０１を付設して、搬送ローラー３０２と二軸延伸フィルム１６３を密着させることが必要である。  
【００２９】
また、プラスチックフィルムロール体の製造工程においては、工程の上流と下流域で張力制御区間を分けたい場合にニップローラーを用いることがある。例えば、図１に示すような押出機１０１、縦延伸工程１２０および横延伸工程１４０をフィルム供給源とし、コロナ放電処理工程１５０を設けずに巻取工程１８０でフィルムを巻取るプラスチックフィルムロール体１７０の製造装置において、巻取工程１８０の巻取張力と横延伸工程１４０の出口張力を、横延伸工程１４０の後段にニップローラーを配置して張力制御する。
【００３０】
これは例えば上流域で裁断を、下流域でフィルムロール体の巻取を行うような場合、裁断に適した張力と、巻取に適した張力が必ずしも一致しないためである。例えば上流域の最適張力が１００[Ｎ]、下流域の最適張力が５０[Ｎ]であった場合に、１００−５０＝５０[Ｎ]の張力差をどこかで釣り合わせなければならない。ニップローラーを使うと、ニップローラーの押圧力をＰ[Ｎ]、対向ローラーとフィルムの間の摩擦係数をμとした場合に、クーロンの法則によりμ×Ｐだけ摩擦力が発生する。前述で例示した張力差５０[Ｎ]がこのμ×Ｐの摩擦力以下であれば、ニップローラー系により釣り合わせることができる。これを一般にテンションカットという。
【００３１】
また、フィルムロール体の製造工程でニップローラーをコンタクトローラーとして用いることもある。フィルムロール体にコンタクトローラーを押し当て、フィルムロール体に随伴する空気を減らして巻取でのしわや巻きずれを軽減したり、防止する。
【００３２】
これらのニップローラーはいずれもフィルム幅方向、ローラー軸方向で押圧力が均一である必要がある。このため、フィルムの厚み斑や、ローラーのわずかなたわみがあってもできる限り押圧力を均一化するため、ニップローラー３０１の心材３０５の表面には図３のようにゴム３０６を被覆する。プラスチックフィルムロール体の製造工程において、ニップローラー３０１等を使ってテンションカット、コロナ処理、巻取での随伴空気を排除するに際し、単位幅あたりのニップローラー押圧力は５０Ｎ／ｍ〜３ｋＮ／ｍが好ましい。ゴムの寿命やローラーのたわみなどを考慮すると、ニップローラーの押圧力の上限は１ｋＮ／ｍ以下がさらに好ましい。この範囲の押圧力の場合、幅方向で均一な押圧力を得るために適正なゴム硬度Ｈは８０[ｄｅｇ]以下となる。なお、ゴム硬度はＪＩＳ  Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータ（Ａ型）により測定した値である。
【００３３】
ここで本願発明者が検討したところ、このゴム硬度は、ニップローラー３０１と搬送ローラー３０２（以下これら一対をニップローラー系と呼ぶ）がお互いに加振源および支持体として作用しながら、曲げ変形からなる共振振動した場合に、ニップローラー３０１の表面が多角形に変形するか否かが決まる重要な因子である。均一な押圧力を得ることに加えて、共振も抑えるために、ゴム硬度Ｈは８０[ｄｅｇ]よりもさらに小さく、６５ｄｅｇ以下である必要がある。ニップローラー３０１の表面のゴム３０６層は単層であっても、２層や３層といった多層であってもよい。ゴム３０６層が多層の場合は、最も柔らかい層の硬度が６５[ｄｅｇ]以下であればよい。
【００３４】
ゴム硬度Ｈが６５[ｄｅｇ]以下であると、ゴム３０６の柔らかさが多角形化の原因である共振を防止するための減衰力として作用する。ゴム３０６の硬度の下限については、均質なゴムを成形する観点で２５[ｄｅｇ]以上が好ましい。
【００３５】
ゴム３０６の被覆厚みｔは１〜２０ｍｍが好ましく、共振防止の観点から５〜１５ｍｍが好適である。５ｍｍ以上であると減衰力が十分となる。１５ｍｍ以下であるとニップローラー３０１自身の固有振動数が上がり、後述する数式１の条件が実現し易くなる。
【００３６】
ゴム３０６の材質は、一般的な加硫ゴム、例えばニトリルブチルゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ハイパロンゴム（ＣＳＭ）などが好適である。特にコロナ処理工程は放電でオゾンが発生するため、ゴムには耐オゾン劣化性が要求される。従って、この場合、好ましくは加硫ゴムの中でも前記ＥＰＤＭやＳＣＭが好適である。それ以外にもシリコーンゴムやフッ素ゴムが好適である。
【００３７】
ゴム３０６による減衰力を幅方向で確実に作用させるためには、ニップローラー系同士のたわみによって局所的に押圧力の強弱ができるのを極力小さくするのが好ましい。そのため、ニップローラー３０１表面の外径Ｄｒは、ニップローラーたわみ量に応じて、中央ほど大きく、端部ほど小さくなるクラウニング加工を施すのが好ましい。
【００３８】
共振に起因する多角形化は、ローラー面長Ｂ[ｍ]や支持長Ｌ１[ｍ]が大きいほどニップローラー３０１の回転が不安定となるので、発生しやすくなる。特にプラスチックフィルムロール体の製造工程では、その運転速度域や適したニップローラー径などを考慮して、支持長Ｌ１[ｍ]が５[ｍ]以上であるニップローラー３０１について本課題を議論する。
【００３９】
本願発明者は共振に起因する多角形化の防止手段として、図３に示すようなニップローラー構造において、ニップローラー３０１の心材３０５のヤング率Ｅ１[Ｐａ]、心材３０５の断面二次モーメントＩ１[ｍ４]、ニップローラー３０１の全質量Ｗ[ｋｇ]が下記数式１を満たせばよいことを見出した。
Ｅ１Ｉ１／Ｗ≧８００００  ・・・数式１
【００４０】
数式１において、ヤング率Ｅ１と断面二次モーメントＩ１の積は、心材３０５の曲げ剛性を表している。ニップローラー３０１の質量Ｗは、共振現象においてニップローラー３０１の質量ｍとして機能し、前述の曲げ剛性Ｅ１Ｉ１との間で固有振動数の一部を形成する。従って、数式１の値が大きくなるほど、ニップローラー３０１単体およびニップ装置全体のニップ系としての固有振動数が大きくなることを意味する。
【００４１】
ここで、ニップローラー３０１のような回転体は、両端軸部をベアリングなどの軸受（図示せず）を介して、フレームなど（図示せず）に回転自在に支持されている。押圧力はニップローラー３０１もしくは搬送ローラー３０２のいずれかに、エアーシリンダなどの加圧装置を付設して加える。一般に厚みが薄く、しわになりやすいプラスチックフィルムを搬送するために、搬送ローラー間の平行度は高精度に出す必要がある。そのため、エアーシリンダにより動かすのはニップローラー３０１側が好ましい。
【００４２】
同様の理由で、運転速度を制御するにあたって、モーターなどの回転駆動源と連結して駆動されるローラーは、位置が固定されている搬送ローラー３０２側が好ましく、ニップローラー３０１は二軸延伸フィルム１６３を介して搬送ローラー３０２に従動させればよい。
【００４３】
ニップローラー３０１の質量Ｗは、振動を発生させる加振力源の一面も有する。前述したとおり、ニップローラー３０１はベアリングの回転中心を軸にして回転するが、ローラー長手方向に渡って全てが偏芯なく回転することは事実上不可能である。ニップローラー３０１を製作する上で、心材３０５表面や内面を長手方向に渡って完全円筒体として切削・研磨加工するのは不可能であるし、素材自体も若干の密度のばらつきを有する。また、図３に示すように、ベアリングが嵌まる軸端と心材３０５とは嵌合されるが、これらを全く偏芯無く組み立てることは不可能である。そこで、国際規格にてこれら回転体の製作上の残留偏芯量が規定されている。例えば、日本工業規格ＪＩＳ  Ｂ０９０５（１９９２）では、前述のいくつか原因が考えられる偏芯について、全てニップローラー３０１の質量Ｗがεだけ偏芯したとみなして、運転使用回転数ｎとεの積が一定量に収まるようニップローラー３０１を製作することを規定している。この物理的根拠は、質量Ｗのニップローラー３０１がεだけ偏芯していた場合に、角速度ωで回転した場合の振動を生じせしめる遠心力（Ｗεω２）である。εは直接的に把握することができないので、ニップローラー３０１表面もしくは側面に仮りの錘を設置して、観測した振動振幅の小さくなる半径ｒや錘ｍを求めていく。振動振幅が最小の状態で遠心力がつりあっているわけであるから、Ｗεω２＝ｍｒω２となり、ε＝ｒｍ/Ｗによって間接的に知ることができる。この作業は車のタイヤのバランシング作業と同様である。
【００４４】
前記ＪＩＳ  Ｂ０９０５では、運転回転数ｎ[ｒｐｍ]として、εｎ／９５５０をつりあい良さと呼ぶ。一般にプラスチックフィルムロール体の製造工程で使われるローラーについては、上式のつりあい良さを６．３以下や２．５以下におさまるようにローラーの不釣合いを調整して製造される。ここで上記εはＪＩＳ  Ｂ０９０５に従うと、ローラー全体の質量とつりあい検査における錘の質量、錘の取り付け半径の３つの値から計算されるローラー全体の偏心量であり、単位はμｍである。ｎはローラーの使用回転数を想定した検査回転数であり単位はｒｐｍである。従って、これら規格の元に製作されたプラスチックフィルムロール体のニップローラー３０１については、ニップローラー３０１の質量Ｗが振動原因となる。
【００４５】
このように、数式１の左辺は共振の原因となる固有振動数と加振源となる遠心力を、ゴム３０６の硬度Ｈが系の減衰力を表現している。本願発明者は、ニップローラーの支持長Ｌ１[ｍ]が５[ｍ]以上であり、ゴム硬度Ｈが６５ｄｅｇ以下であるニップローラーを使用するプラスチックフィルムロール体の製造方法において、通常回転周波数のＮ倍と固有振動数が一致もしくは近づいた場合に、従来なら共振や多角形が発生していた厳しい状況下においても、数式１を満たすことで、共振を防止し、ニップローラー３０１が多角形化することを長期にわたり防止できることを見出した。
【００４６】
数式１の左辺が８００００未満となると、加振源となる遠心力が、上記好ましいゴム３０６の硬度の範囲での減衰力およびローラーの心材３０５自身の剛性Ｅ１Ｉ１を上回り、共振が発生する。具体的には、本願発明の課題である共振現象は、ニップローラー３０１あるいは搬送ローラー３０２の運転周波数の整数倍であるＮｆが、装置の固有振動数と一致もしくは近づくことで発生する。数式２を満たすニップローラー３０１、搬送ローラー３０２を運転した場合、ニップローラー３０１表面やベアリング部の振動を測定し、高速フーリエ変換すると図５のような波形が得られる。横軸が振動成分の周波数、縦軸が周波数別に分離した振動成分の振幅である。多少、測定ノイズにより前後することがあるが、図５のように高周波成分の振幅ほど小さいことが分かる。数式１の左辺が８００００以上であると、固有振動数が上がり、図５の振幅がより小さいＮｆと固有振動数が一致もしくは近づく。また数式１の左辺が８００００以上であると、１ｆの遠心力が小さくなるため、Ｎｆの振幅がそれぞれ小さくなる。本発明のニップローラー３０１は、大型のプラスチックフィルムロール体の製造方法に好適に使用できる。プラスチックフィルムロール体の好ましい速度条件を考慮すると、数式１を満たすニップローラー系は、運転周波数の整数倍であるＮｆと固有振動数とが一致もしくは近づいても、剛性と減衰と遠心力との関係から共振が観測されない安定条件となる。
【００４７】
ここで、心材の断面二次モーメントI１は、図３の心材３０５の外径Ｄ、内径ｄから、π（Ｄ４−ｄ４）／６４により求めることができる。ここで、数式１を満たすためには、Ｉ１を大きくして、Ｗを小さくすればよい。
【００４８】
つまりＩ１を大きくするためには心材３０５の外径Ｄを大きくすればよい。ゴム３０６層の厚みｔの好ましい範囲が前述したように１〜２０ｍｍであるから、ゴム３０６層の外径をＤｒとすると、Ｄ＝（Ｄｒ−４０）ｍｍ〜（Ｄｒ−２）ｍｍとなる。搬送ローラー３０２と二軸延伸フィルム１６３の間に空気が入らないように線圧を得るには、ゴム３０６層の外径Ｄｒおよび心材３０５の外径Ｄをむやみに大きくしない方がよい。そのため、ゴム３０６層の外径Ｄｒは１０００ｍｍ以下が好ましく、８００ｍｍ以下がより好ましい。
【００４９】
ニップローラー３０１の質量Ｗはゴム３０６の質量やベアリングにより支持される軸端部も含むが、Ｌ１≧５[ｍ]においては心材３０５のパイプ部の質量が支配的となる。パイプの質量は断面積Ａ＝π（Ｄ２−ｄ２）／４に比例する。説明のため、断面二次モーメントＩ１を断面積Ａで割ってみると、Ｉ１／Ａ＝（Ｄ２＋ｄ２）／１６となり、心材３０５の外径Ｄが同じであれば、内径ｄを大きくしたパイプの方が、数式１の左辺を大きくできる。
【００５０】
さらに数式１を大きくする手段としてヤング率Ｅ１と質量Ｗに着目する。質量Ｗは前述の断面積Ａの他に、素材の密度ρに比例する。数式１の左辺を大きくしたければＥ１／Ｗを大きく、つまりＥ１／ρを大きくすればよい。一般的にニップローラー３０１の心材３０５に用いられる鉄鋼を基準にすると、ヤング率Ｅ１＝２０６ＧＰａ程度、密度ρ＝７.８５ｇ/ｃｍ３であるのでＥ１／ρ≒２６である。これをアルミニウム合金にした場合に、Ｅ１＝７３ＧＰａ、ρ＝２．７７ｇ/ｃｍ３であるので、Ｅ１／ρ≒２６となりほぼ鉄鋼と同じになる。
【００５１】
ここで、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）は、近年産業用のローラーを始め、自動車や航空機など広く使われるようになった。ＣＦＲＰに用いられる炭素繊維はアクリル糸を焼成して成形するＰＡＮ系糸と、石油由来のピッチ系糸からなり、糸の長手方向に高い強度と剛性を有する異方性材料である。この炭素繊維をいくつかの方向に並べて、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂により接着して構造体として鉄鋼などの等方性材料の代替素材としたものがＣＦＲＰである。この複合材料の密度はρ＝１．５ｇ/ｃｍ３前後であり、ヤング率Ｅ１は使用する炭素繊維の材質と構造体内に配置される炭素繊維の配向設計から選択することができる。産業用のローラーとしては一般に１００ＧＰａ前後から、鉄鋼代替として２００ＧＰａ程度を上限に設計されることが多い。
【００５２】
ＣＦＲＰは２００ＧＰａ程度のヤング率でＥ１／ρが１３３となり、鉄やアルミニウム合金よりも５倍もの値を得ることができる。また、鉄鋼やアルミニウム合金に比べ、パイプ材を炭素繊維の糸やシート材から成形するＣＦＲＰは内外径の製作の制約が小さく、断面二次モーメントＩ１の選択自由度が増す。本願発明者はこのような特性に着目し、数式１の条件を満たすためにＣＦＲＰが好適であることを見出した。
【００５３】
さらに好ましくは、Ｅ１≧２５０ＧＰａとすることで、数式１を満たしながら断面２次モーメントI１を小さくすることができるため、ニップローラー３０１の外径Ｄｒを小さくすることができ、ニップローラー３０１本来の機能である空気の排除性を向上することが出来る。また、支持長Ｌ１が５[ｍ]以上の長尺なニップローラー３０１では、そのままでは質量Ｗが大きくなってしまうため、数式１の値を満たして振動を防止するためにＥ１≧２５０ＧＰａとすることが好ましい。このような高い弾性率のＣＦＲＰは通常高価で使われることの無い炭素繊維や積層構成で実現でき、本願発明の課題である振動と多角形を防止できる。Ｅ１は当然高ければ高いほど共振を防止する上で有利となるが、産業用の高剛性の炭素繊維はヤング率が８００ＧＰａ程度のものが一般に入手可能であるが高価であるため、本願発明に用いることのできるＥ１＝２５０〜３５０ＧＰａ程度のＣＦＲＰは、コストと性能を両立する好ましい範囲となる。
【００５４】
ＣＦＲＰを用いたニップローラーの曲げヤング率Ｅ１は、ＣＦＲＰを設計・製作する際の積層設計から知ることができる。この場合、ローラーもしくは円筒の軸方向弾性率Ｅ１１をＥ１として採用すればよい。ＣＦＲＰの積層設計では、炭素繊維の方向、複合材料としての樹脂に対する繊維の体積含有率Ｖｆ、単糸切れなどで炭素繊維が剛性や強度に実際に寄与する実行率などをローラーメーカが事前に算出することが可能である。また、実際に測定によりＥ１を求めてもよい。実際のＥ１は前述したＣＦＲＰの設計パラメータの他、異方性によるせん断変形の影響でＥ１１より低下することが知られている。最も信頼性の高い値は、図３におけるニップローラー３０１の心材３０５（外径Ｄ、内径ｄ、有効面長Ｂのパイプ）を単体で胴受けし、打撃法による固有振動数測定、もしくは既知荷重を付与した場合のたわみからの逆算により求めることができる。また、図３のゴム３０６の被覆後および軸の挿入組み立て後は、固有振動数やたわみによる逆算が複雑となる。この場合は有限要素法などの数値計算に頼らざるを得ず、客観的なデータとしては計算精度など慎重に扱う必要がある。また、ニップローラー３０１単体で回転させ、回転数を上げていった場合に、本願発明で対象とするＬ１≧５ｍのニップローラー３０１ではゴム３０６の減衰などが作用しないため非線形高調波振動が観測され、１次固有振動数の１／２や１／３の回転数で振幅が小さい共振が観測される。これを利用して実際のヤング率Ｅ１を逆算してもよい。
【００５５】
本願発明のニップローラーは、前述したようにプラスチックフィルムロール体の各工程におけるニップローラーとして好適であるが、図２のコロナ放電処理工程に用いるニップローラー３０１としてより好適である。図４は従来のニップローラー４０１が共振による振動で、長期間にわたってゴムの周方向の一部が周期的に強い面圧を受けた場合の模式図と、その結果としての多角形化現象を表したものである。図４（ａ）に示すように、矢示ｙ方向の振動により強い圧迫を受けている高面圧部４０２は、振動で弱い圧迫を受けている低面圧部４０３に比べ凹みを形成する。経時で図４（ｂ）に示すように、ニップローラー４０１は、表面が多角形のニップローラー４０５となる。コロナ放電処理工程でこのような多角形化が発生すると、前述したように二軸延伸フィルム１６３の搬送ローラー４０４に接する面の意図しない放電処理が振動周期で発生してしまい、二軸延伸フィルム１６３の欠陥に繋がる。従って、コロナ放電処理工程を有するフィルムロール体の製造方法で、本願発明のニップローラー３０１を適用することは、他のニップローラーやコンタクトローラー用途として用いるよりも意義が大きい。
【００５６】
本発明のコロナ放電処理工程を有するフィルムロール体の製造方法において、図２のコロナ放電を発生するための電極３０３は従来から用いられている形状を適用することができる。例えばナイフエッジ状、板状、ワイヤー状、針状など電界が集中でき、コロナ放電しやすい形状が工夫されている。
【００５７】
また、接地電極としての搬送ローラー３０２は、表面には誘電体層が被覆されており、例えば金属としてもよいが、火花放電を防止するためにシリコーンゴム、フッ素ゴム、ＥＰＤＭゴム、ＣＳＭゴム、セラミックスなど、耐オゾン性と強度に優れるゴムなどの半導体が好適である。電気絶縁性として好ましくは１０１１Ωｃｍ以上である。
【００５８】
本発明のプラスチックフィルムの原料として好ましい例としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−２、６−ナフタレートなどに代表されるポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンなどに代表されるポリオレフィン、ポリ塩化ビニール、ポリ塩化ビニリデンなどに代表されるポリビニール、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンサルファイドなどからなるポリマーがあげられ、特に延伸性に優れ、光学特性や各種電気特性、ガスバリア性に優れるポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリプロピレンフィルムが好適である。
【００５９】
ここで、多角形化の原因である共振現象の理論的な考察を行う。前述のとおり、所定の支持長Ｌ１[ｍ]のニップローラーを運転すると、ニップローラー表面やベアリング部で観測される振動波形の高速フーリエ変換後の周波数と振幅の関係は図５のようになる。多少、測定ノイズにより前後することがあるが、図５のように高周波成分の振幅ほど小さいことが分かる。
【００６０】
共振が発生していない状況下で、振動成分の中で最も大きいものは１ｆと記述したローラー回転周波数成分ｆである。つまりｆの１倍を意味する。ニップローラーの回転周波数をｆ１［Ｈｚ］、ニップローラーの質量をＷ［ｋｇ］、ニップローラーの偏心量をε［ｍ］とした場合、下記数式７で示した残留アンバランスによる遠心力Ｆ［Ｎ／ｍ］がニップローラーや搬送ローラーに必ず作用し、振動成分１ｆ１が生じる。これは高速となりｆが大きくなるほどＦが大きくなるため、振幅も大きくなる。
Ｆ＝２πεＷｆ１２  ・・・数式７
【００６１】
２ｆ以降の整数倍成分は、ローラー支持部のわずかなガタなどが原因の非線形振動である。このような非線形成分は除去が難しく、ローラー装置では、前述の残留アンバランスによる遠心力と同じく必ず存在する。
【００６２】
例えば、ローラー回転周波数の６倍である６ｆと、装置の固有振動数が一致した場合に共振が発生し、ニップローラーは経時で図４のように角数が“６”に変形する。
【００６３】
従来は速度やローラー径を調整して、整数倍成分であるＮｆと、装置の固有振動数が完全に一致しない条件を探すことに注力されてきたが、ゴムの硬化などにより固有振動数は経時で変化する他、プラスチックフィルムロール体の製造工程では前述のように生産速度を簡単に調整できないなどの問題があった。
【００６４】
本願発明者は、図５の振動特性に着目し、整数倍成分Ｎが大きいほど振幅が小さくなることを見出し、固有周波数をできるだけ大きくして、仮にＮｆと固有振動数が一致しても、系の減衰力が加振力を上回り、共振に至らない条件を探索した。その結果、プラスチックフィルムロール体の製造方法、およびプラスチックフィルムロール体の製造方法で使用される、所定のゴム硬度、支持長を有するニップローラーにおいて、数式１の条件を満たせば共振に至らないことを見出した。
【００６５】
さらには、本願発明者は共振もしくは多角形化を抑制する条件についてより詳しい判定条件を見出した。これは、図２のようなニップローラー系は搬送ローラー３０２とニップローラー３０１からなり、各々の固有振動数は弦の振動のように周波数が大きくなるごとに振動波形が異なる形状で共振する。これは固有振動モードと呼ばれ、低周波数側から数えて、各ローラー毎に１次、２次、３次と無限に高次固有振動モードを有する。また、ニップローラー３０１と搬送ローラー３０２はゴム３０６や二軸延伸フィルム１６３を介して接触しており、一体の装置と見なすこともできる。このとき、双方のローラーは互いの振動モードを干渉することとなり、振動波形と固有振動数自体が各ローラー単体の固有振動モードと近い形状、値をとるが若干ずれることとなる。この固有モードの中で、多角形化の変形が発生するのは、ニップローラー３０１と搬送ローラー３０２が各々円弧状に曲げ振動し、かつ双方が衝突するように振動する逆位相モードである。
【００６６】
図７はニップローラーと搬送ローラーの高次固有モードのうち、前述の逆位相モードのローラー表面の変位を模式的に示したものである。実線で示した線ａはニップローラーが搬送ローラー側に変位したときの位相であり、これを０°位相とする。同じ時刻の搬送ローラー変位を実線ｂで示しているが、これは中央がニップローラー側に変位していることが分かる。図７の破線ａ’、ｂ’は同固有周波数における半周期後の各ローラー変位であり、いずれも中央が相手ローラーから離れるように変位している。つまり、図７から分かることは、逆位相モードというのは、ニップローラー３０１が搬送ローラー３０２側に振動変位した場合に、搬送ローラー３０２もニップローラー３０１側に振動変位しており、各々がぶつかりあうような振動モードを形成している。
【００６７】
ニップローラー系全体の固有振動数として、この逆位相モードは高次固有振動となり、双方の構造、剛性、質量により変化する。本願発明者は、ニップローラー系全体としての逆位相固有振動数と、ローラーアンバランスに起因する１倍振動１ｆの非線形ガタなどで副次的に発生するＮ倍振動Ｎｆとが一致、もしくは近づいた場合に、ニップローラー系が図７のような逆位相モードで共振を起こし、図４のように特定部位で継続的かつ周期的な衝突が発生し多角形化が促進されることを見出した。
【００６８】
よって、本願発明の数式１を満たすようなローラー構造、剛性、質量とすることで、プラスチックフィルムロール体の製造方法に適用するニップローラー３０１は、例えば４次や５次程度の高次に出現する逆位相固有振動数を大きくすることができ、一致もしくは近傍にあるローラーアンバランス周期のＮ倍振動ＮｆのＮを大きくとることができる。図５に示した十分振幅が小さくなったＮｆと固有振動数との組み合わせとなるため、減衰力が共振のエネルギーを上回り多角形化を防止できる。
【００６９】
多角形化の原因となるニップローラー系の高次の逆位相固有振動数は、ニップローラー装置全体を有限要素法などの数値構造計算による固有値解析により求めることもできるし、実際の振動変位および周波数観測から類推することも可能である。
【００７０】
ここで本願発明者は、ニップ系全体の振動モデルを図６の２自由度系モデルにおきかえて、より簡易な方法により高次の逆位相固有振動数と、運転周波数の関係からプラスチックフィルムロール体の製造方法として多角形化を回避する方法を見出した。
【００７１】
ニップローラー３０１の質量をＷ、等価剛性をｋ１、搬送ローラー３０２の質量をＷ２、等価剛性をｋ２とした場合、質量比ｍ０（Ｗ２／Ｗ）、各ローラーの相当固有振動数ｆ０１、ｆ０２は下記数式５の通りとなる。ここで、等価剛性は下記数式６により計算する。
【００７２】
【数１】
2019529278.tif 000003
【数２】
2019529278.tif 000004
【００７３】
図６の２自由度系の固有振動数は既知であり、数式５、６により計算した質量比ｍ０、相当固有振動数ｆ０１、ｆ０２から“２自由度”であるので２つの固有振動数が求まる。ここで２つのうち、下記数式４で示すニップローラー３０１の固有振動に相当する１つの固有振動数ｆｅが、前述した数値計算などにより求めたニップローラー系の逆位相固有振動数と高い相関があることが分かった。
【００７４】
【数３】
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【００７５】
さらに、加振力が数式７のようにニップローラー３０１ならびに搬送ローラー３０２のアンバランスに起因する遠心力であるとして、この場合の強制振動の応答振幅は１自由度系の線形振動解から数式２、数式３の右辺に比例すると考えられる。右辺の分母は固有振動数ｆｅと対極となる搬送ローラー３０２とニップローラー３０１の運転周波数ｆ２、ｆ１、と一致もしくは近づいた場合に０に近づくため共振時に振幅が大きくなることを示す。また、分子のＷはローラー質量Ｗ、Ｗ２に比例して加振力である遠心力が大きくなることを表している。
【００７６】
このようなパラメータのもと、本願発明者は共振ならびに多角形化が発生しない程度までＮｆを大きくとるような安定条件を探索した結果、下記数式２、数式３の不等式を満たすとよいことを見出した。
【００７７】
【数４】
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【数５】
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【００７８】
上述した有限要素法を用いたニップ系の逆位相固有振動数の数値解や、数式４で示した２自由度系固有振動数は本来全て線形振動解である。Ｎ倍振動が非線形振動に起因していることとの整合性については、Ｎ倍振動の発生メカニズム自体が非線形ガタに起因しているのであって、Ｎ倍振動と固有振動数が一致もしくは近づいて共振するメカニズム自体は線形振動解析においても多くの誤差を含まないと仮定した。この仮定のもと、実際の装置での共振および多角形化発生有無の安定境界を測定を通じ行い、数式１〜５の判定式を得るに至った。
【００７９】
また、多角形化が逆位相モードに起因することが分かったが、このモードでは振動の“節”、すなわち変位が０の部分が、図７のようにニップローラーの軸端部ではなくその内側である。従って、軸端部に相当する支持部には、振動を抑制するエアダンパーやオイルダンパーを付設することで、より系全体の減衰力を向上し、多少ゴムが硬化して減衰が減少しても、長く共振および多角形を発生しにくくし好ましい。
【実施例】
【００８０】
以下、実施例を示して具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例よって何ら制限されるものではない。
【００８１】
［実施例１］
図１に示す押出機１０１、縦延伸工程１２０および横延伸工程１４０をフィルム供給源とし、巻取工程１８０でフィルムを巻取るプラスチックフィルムロール体１７０の製造方法（コロナ放電処理工程１５０を有しない）によりフィルムロールを得た。上記供給源よりポリプロピレン２軸延伸フィルムを速度４５０ｍ／分で製膜し、巻取張力と横延伸工程の出口張力を、横延伸工程１４０の後段に配置されるニップローラーによりテンションカットした。
【００８２】
実施例１で使用するニップローラーは図２のような構造を採用し、ローラー面長Ｂ＝９．８ｍ、ローラー支持長Ｌ１＝９ｍ、心材にはヤング率Ｅ１＝３２０ＧＰａに設計したＣＦＲＰを用い、外径Ｄは４９０ｍｍとした。ニップローラー３０１と、ニップローラーに対向する搬送ローラー３０２との間で二軸延伸フィルム１６３を狭圧する押圧力は５０Ｎ／ｍである。加えて、数式３を満たすようにゴムの材質は硬度Ｈ＝４５ｄｅｇのＥＰＤＭとした。搬送ローラー３０２はΦ４５０ｍｍで心材は鉄鋼とした。搬送ローラー３０２のローラー面長と支持長はニップローラー３０１と同じである。その他の特性は表１の通りとする。これら工程を経て、幅９ｍ、膜厚４μｍのプラスチックフィルムロール体１７０を得た。
【００８３】
実施例１のニップローラーにおいて、数式１の左辺の値は２６６３３９であり８００００以上であった。数式２の右辺の値は６．６、数式３の右辺の値は２．９であり、いずれも２０以下であった。
また、本ニップローラー系で予め有限要素解析により想定した逆位相固有振動数は４３Ｈｚであり、ニップローラーの運転周波数の約９倍、搬送ローラーの運転周波数の約８倍であった。
【００８４】
［実施例２］
実施例１とほぼ同様の構成で、図１のプラスチックフィルムロール体の製造工程の一部に、図２のニップローラー３０１を有するコロナ放電処理工程１５０を設けた。コロナ放電処理工程の詳細は図２の通りであり、二軸延伸フィルム１６３の上面側を交流高圧電源３０４に接続された電極３０３により放電処理した。ニップローラー３０１の構成は実施例１と同じである。搬送速度は実施例１と同じく４５０ｍ／分であり、ニップローラー３０１の押圧力は３００Ｎ／ｍである。ニップローラー３０１の表面には１．５ｍｍのクラウンニング加工を施して、幅方向の均一性を確保した。ニップローラー３０１および搬送ローラー３０２の面長、支持長は実施例１と同じである。放電処理の対極となる搬送ローラー３０２の外径はΦ５００ｍｍで心材は鉄鋼とした。搬送ローラー３０２のローラー面長と支持長はニップローラー３０１と同じである。
【００８５】
実施例２のニップローラーにおいて、数式１の左辺の値は２６６３３９であり、８００００以上であった。数式２の右辺の値は７．２、数式３の右辺の値は３．１であり、いずれも２０以下であった。
また、本ニップローラー系で予め有限要素解析により想定した逆位相固有振動数は５０Ｈｚであり、ニップローラーの運転周波数の約１０倍、搬送ローラーの運転周波数の約１０倍であった。
【００８６】
［実施例３］
ニップローラー３０１の心材にヤング率が１０７ＧＰａのＣＦＲＰを用いた以外は、実施例２と同じ条件でフィルムロール体を製造した。
実施例３のニップローラーにおいて、数式１の左辺の値は８９０５７であり、実施例１，２よりはかなり小さいが、８００００以上であった。数式２の右辺の値は１９．７、数式３の右辺の値は８．４であり、いずれも２０以下であった。
また、本ニップローラー系で予め有限要素解析により想定した逆位相固有振動数は４０Ｈｚであり、ニップローラーの運転周波数の約８倍、搬送ローラーの運転周波数の約８倍であった。
【００８７】
［実施例４］
ニップローラー３０１のゴム層にゴム硬度Ｈが６０[ｄｅｇ]のゴムを用いた以外は、実施例３と同じ条件でフィルムロール体を製造した。
実施例４のニップローラーにおいて、数式１の左辺の値は８９０５７であり、８００００以上であった。数式２の右辺の値は１９．７、数式３の右辺の値は８．４であり、いずれも２０以下であった。
また、本ニップローラー系で予め有限要素解析により想定した逆位相固有振動数はゴム硬度が高いことで４１Ｈｚであり、ニップローラーの運転周波数の約８倍、搬送ローラーの運転周波数の約８倍であった。
【００８８】
［比較例１］
ニップローラー３０１の心材にヤング率が９０ＧＰのＣＦＲＰを用いた以外は、実施例２と同じ条件でフィルムロール体を製造した。
比較例１のニップローラーにおいて、数式１の左辺の値は７４９０８であり、８００００未満であった。数式３の右辺の値は９．６であり、２０以下であったが、数式２の右辺の値は２２．８であり、２０以上であった。これはニップローラーの支持長Ｌ１が５ｍを越えるにもかかわらず、ニップローラーの剛性Ｅ１Ｉ１が低いことに起因する。
また、本ニップローラー系で予め有限要素解析により想定した逆位相固有振動数は３５Ｈｚであり、ニップローラーの運転周波数の約７倍、搬送ローラーの運転周波数の約７倍であった。
【００８９】
［比較例２］
コロナ放電処理工程のニップローラーとして後述のニップローラーを使用した以外は、実施例２と同じ条件でプラスチックフィルムロール体を製造した。ニップローラーの外径はΦ４００ｍｍであり、心材は鉄鋼である。心材の内外径やその他の特性は表１の通りである。
比較例２のニップローラーにおいて、数式１の左辺の値は３０５６４であり、８００００未満であった。数式２の右辺の値は３１．６、数式３の右辺の値は４５．５であり、いずれも２０以上であった。これはニップローラーの支持長Ｌ１が５ｍを越えるにもかかわらず、ニップローラーの剛性Ｅ１Ｉ１が低く、質量Ｗが大きいことに起因する。
また、本ニップローラー系で予め有限要素解析により想定した逆位相固有振動数は３０Ｈｚであり、ニップローラーの運転周波数の約６倍、搬送ローラーの運転周波数の約５倍であった。  
【００９０】
［比較例３］
ニップローラー３０１のゴム層にゴム硬度Ｈが７０[ｄｅｇ]のゴムを用いた以外は、実施例３と同じ条件でフィルムロール体を製造した。
比較例３のニップローラーにおいて、数式１の左辺の値は８９０５７であり、８００００以上であった。数式２の右辺の値は１９．７、数式３の右辺の値は８．４であり、いずれも２０以下であった。
また、本ニップローラー系で予め有限要素解析により想定した逆位相固有振動数はゴム硬度が高いことで４２Ｈｚであり、ニップローラーの運転周波数の約８倍、搬送ローラーの運転周波数の約８倍であった。
【００９１】
［比較例４］
従来技術の特許文献２の記載内容に基づき、製紙工程のプレスローラーの振動評価を実施した。特許文献２に記載の無い内容については一般的な製紙工程の仕様に基づき、表２の内容で実施した。
数式１の左辺の値は７１４５９９であり、８００００以上であったが、脱水に必要な押圧力３０ｋＮに対応するゴム硬度としてＨ＝８０ｄｅｇであり、６５ｄｅｇより高かった。
数式２の右辺の値も数式３の右辺の値もいずれも２３．６であり、２０以上であった。これは運転速度がプラスチックフィルムロール体の製造方法と大きく異なることによる。
また、本ニップローラー系で予め有限要素解析により想定した逆位相固有振動数は８９Ｈｚであり、ニップローラーの運転周波数の約１３倍、搬送ローラーの運転周波数の約１３倍であった。
【００９２】
[共振の有無]
ニップローラー軸受部に小野測器製加速度ピックアップ（型式ＮＰ−２０９０）を接着し、加速度データを取得した。変位換算データを高速フーリエ変換し、以下の判断基準で判定した。
有：想定した固有振動数（±１０Ｈｚ範囲内）で変位１０μｍ以上の振幅を観測した。
無：想定した固有振動数（±１０Ｈｚ範囲内）で変位１０μｍ以上の振幅を観測しなかった。
【００９３】
[多角形化の有無]
共振が観測されたローラーについてニップローラーを取り外し、回転可能に支持した上で、低速回転（手回し）でローラー表面の変位を測定し、以下の判断基準で判定した。
有：変位データのうち、ローラー表面に運転周波数と固有振動数の比であるＮ±１個の突起が観測され、突起の高さがうねりを除去した上で５０μｍ以上であった。
無：上記「有」の条件に当てはまらない。
【００９４】
[多角形化によるその他の問題]
コロナ放電処理を施工したプラスチックフィルムに蒸気をあて、処理面と反対面に周期的な濡れ性があるかどうかを観察した。反対面に意図せぬ処理がある場合には、処理部に蒸気による水玉が多く付着をし、外観として多角形周期に応じた縞模様が観察される。
有：コロナ放電処理の反対面に意図せぬ放電処理が発生した。
無：コロナ放電処理の反対面に意図せぬ放電処理は発生しなかった。
実施例１〜４、比較例１〜４の条件、結果を表１〜４に示す。
【００９５】
【表１】
2019529278.tif 000008
【００９６】
【表２】
2019529278.tif 000009
【００９７】
【表３】
2019529278.tif 000010
【００９８】
【表４】
2019529278.tif 000011
【００９９】
[実施例、比較例の結果の考察]
実施例１ではニップローラーの心材に高剛性のＣＦＲＰを採用したので、質量Ｗの増加を抑えつつ、３２０ＧＰａの高いヤング率を有するニップローラーを製作できた。この結果、数式１を満たし加振力が低く固有周波数の高いニップローラーとなった。また、ニップローラー表面のゴム層のゴム硬度Ｈが６５ｄｅｇ以下であるので、プラスチックフィルムロール体の製造工程に好適な条件の押圧力に応じたゴム硬度になっており、数式２を満たし支持長Ｌ１が５ｍを超えつつも、振動の減衰力を発現し振動防止に優れたニップローラーとなった。特に、心材のヤング率が２５０ＧＰａを超えており、数式１の左辺が安定領域の境界値である８００００よりもはるかに大きいので、十分な安定性を有する。プラスチックフィルムロール体の製造方法に適した各ロールの運転周波数に対して十分に高い固有振動数を有し、数式２や数式３を満たすので、共振を抑制でき多角形化が防止できた。このニップローラーは多角形化が抑えられているので、頻繁にローラーを交換する必要がなく、フィルムに傷をつけにくいので、テンションカットローラーに適している。
【０１００】
実施例２のニップローラーは、実施例１と同様に心材として高剛性のＣＦＲＰを採用し、ゴム層のゴム硬度Ｈおよびニップローラーの支持長Ｌ１も所定のものを採用することで数式１を満たし、共振と多角形化を抑制するニップローラーとなった。また、プラスチックフィルムロール体の製造に適した運転条件において、数式２、３を満たしていた。コロナ放電処理工程で共振は発生しなかった。共振による多角形化を防止することで、プラスチックフィルムロール体のコロナ処理面と反対面では意図しない放電処理が抑制されていた。
【０１０１】
実施例３は、ニップローラー心材のヤング率以外は実施例２と同じ条件とした。ヤング率が１０７ＧＰａと低かったため数式１の左辺の値は大きく減少したが、それでも数式１を満たしていたので、共振は観測されず安定領域で使用できた。プラスチックフィルムロール体の製造に適した運転条件において、数式２、３を満たしていたので、共振は発生しなかった。共振による多角形化を防止し、コロナ処理においても好適な結果を示した。
【０１０２】
実施例４は、ニップローラーの表面のゴム硬度以外は実施例３と同じ条件とした。ゴム硬度は６０ｄｅｇと高かったが、６５ｄｅｇ以下であるので十分な減衰力が働き、振動は発生しなかった。
【０１０３】
比較例１はニップローラー心材のヤング率以外は実施例２、３と同じ条件とし、実施例３よりもさらにヤング率を低くした。ヤング率が９０ＧＰａと低かったため、数式１を満たさず共振が発生した。フィルムロール体の製造に適した運転条件において、数式２を満たさなかったため、多角形化が発生し、コロナ放電処理の反対面に意図せぬ放電処理が発生し欠点となった。
【０１０４】
比較例２は、ニップローラーの心材に鉄鋼を採用した。このニップローラーは、数式１の左辺の値が安定領域の境界値である８００００よりもはるかに小さいので動的安定性が非常に乏しかった。フィルムロール体の製造に適した運転条件において、数式２、数式３を満たさなかったため、共振が観察された。共振による多角形化が発生し、コロナ放電処理の反対面に意図せぬ放電処理が発生し欠点となった。
【０１０５】
比較例３は、ニップローラーの表面のゴム硬度以外は実施例３、４と同じ条件とし、実施例４よりもさらにゴム硬度を高くした。ゴム硬度が７０ｄｅｇと高いため減衰力が足りなかった。比較例３は数式１、２、３を満たすものの、ニップローラーの減衰力が足りないため振動が発生した。ただし、比較例３では多角形化の発生までには至らなかった。
【０１０６】
比較例４は製紙工程へのプレスローラー適用例である。比較例４のプレスローラーは数式１を満たすものの、押圧力が高いため非常にゴム硬度Ｈが高かった。ゴム硬度が高いため、十分な減衰が得られず共振が発生した。多角形化も発生した。製紙工程に適した運転条件において、数式２、数式３を満たしていないため、各ローラーの運転周波数に対して固有振動数が十分に高くないことも、振動の発生が強く出る一因であると考えられる。
【０１０７】
このように本発明によれば、プラスチックフィルムロール体の製造工程に適用するニップローラーの共振を回避しゴムの多角形化を抑制できるため、品質に優れ、速度と幅の大きな生産性に優れたプラスチックフィルムロール体を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明は、包装材料やコンデンサー、フラットパネルディスプレイなどに用いる光学用フィルム、工程用保護フィルムなどに使うことのできるプラスチックフィルムロール体の製造方法に非常に好適であるが、その応用範囲が、これらに限られるものではない。
【符号の説明】
【０１０９】
１０１  押出機
１０２  口金
１０３  冷却ドラム
１２０  縦延伸工程
１３０  オーブン
１４０  延伸工程
１５０  コロナ放電処理工程
１７０  フィルムロール体
１８０  巻取工程
１６１  未延伸シート
１６２  一軸延伸シート
１６３  二軸延伸フィルム
３０１  ニップローラー
３０２、４０４  搬送ローラー
３０３  電極
３０４  交流高圧電源
３０５  心材
３０６  ゴム
４０１  ニップローラー（従来品）
４０２  高面圧部
４０３  低面圧部
４０５  多角形化したニップローラー
ａ      ニップローラー３０１の０°位相の表面変位
ａ’    ニップローラー３０１の０°位相に対して半周期後の表面変位
ｂ      搬送ローラー３０２の０°位相の表面変位
ｂ’    搬送ローラー３０２の０°位相に対して半周期後の位相の表面変位
ｃ      ニップローラー３０１の振動変位が０になる節
ｃ’    搬送ローラー３０２の振動変位が０になる節
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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